Реферат картирование мозга магнитоэнцефалография и компьютерная томография
Обновлено: 30.06.2024
В настоящее время в России диагноз СДВГ (ADHD поDSM-IV-TR) или по МКБ-10 - Гиперкинетическое расстройство (нарушение активности внимания - F 90.0) может быть поставлен на основании результата клинического интервью: сбора данных о том, как именно проявляются нарушения внимания и/или поведения у ребенка, как давно или как долго отмечаются эти нарушения. Были ли подобные нарушения у родственников и т. п. При этом могут использоваться специальные опросники для родителей и учителей, в которых они фиксируют выраженность тех или иных особенностей поведения и внимания у детей, которые имеют эти особенности.
Однако специальные психологические и инструментальные методы диагностики позволяют уточнить диагноз и оценить выраженность проявлений данного расстройства.
Среди наиболее доступных непсихологических методов исследования головного мозга следует выделить ЭЭГ (электроэнцефалографию), в том числе:
1. Клиническую ЭЭГ;
2. ЭЭГ пробы с интеллектуальной нагрузкой;
3. ЭЭГ исследования Вызванных Потенциалов головного мозга (ВП);
4. ЭЭГ картирование головного мозга (maping - мэпинг);
Не электроэнцефалографические методы диагностики:
1. T.O.V.A. - тест вариабельности внимания - психофизиологический тест для оценки функции активного внимания и контроля реакции;
2. Conner's CPT - тест продолжительного предъявления - психофизиологический тест для оценки функции активного внимания и контроля реакции;
3. Qbtest - оригинальный тест схожий с T.O.V.A и CPT, но дополненый функцией актиграфа;
4. Stroop-тест - тест оценки уровня интерференции и межполушарных взаимодействий.
Клиническая ЭЭГ
Это распространенное исследование головного мозга, при котором изучается его состояние, отраженное в производимой живым мозгом биоэлектрической активности. Изучается, как работает мозг, какую электрическую активность он имеет в обычных, стандартных условиях (в спокойном состоянии с закрытыми глазами).
Для этого на голову обычно одевается специальная шапочка, которая похожа на крупную сетку, а иногда на шапочку для занятий плаванием. С помощью этой шапочки, в которой как бы показана система координат – стандартных точек, врач определяет, в какие места на кожу головы устанавливать ЭЭГ электроды, обычно от 12 до 21. ЭЭГ электроды - специальные устройства, состоящие из обычно маленькой (чуть больше 1 см в диаметре) плоской круглой шайбы с электропроводящим веществом, которая при помощи тонкого провода соединяется с прибором, усиливающим сигнал от мозга и затем отправляющим его для обработки в компьютер.
По виду этого сигнала, который отображается на мониторе в виде кривой - электроэнцефалограммы, врач делает заключение о состоянии мозга человека. Например, о наличии, так называемых, очагов патологической активности, участков мозга, которые работают неправильно.
Обычно у детей с признаками СДВГ не выявляется существенных нарушений в работе головного мозга, что, в частности, и позволило отнести это расстройство к так называемым минимальным мозговым дисфункциям.
ЭЭГ пробы с интеллектуальной нагрузкой
В обычном ЭЭГ исследовании не учитывается то, как мозг реагирует на различного рода интеллектуальную нагрузку, которая встречается, например, при выполнении учебных заданий. Неуспеваемость детей с СДВГ по различным школьным предметам, требующим активного внимания, связана с нарушениями в работе мозга, которые определяются в частности при проведении подобных нагрузочных проб.
Изучая соотношение между медленно-волновой и быстро-волновой активностью (коэффициента дефицита внимания-КДВ) в специально выбранной точке мы сравниваем полученный результат с базой данных, где показаны средние значения этого показателя у детей разного возраста.
Если КДВ превышает среднее значение на определенную статистически значимую величину, мы делаем вывод о высокой вероятности диагноза СДВГ у этого ребенка и о необходимости применения нейротерапевтической коррекции, по методу ЭЭГ-БОС.
ЭЭГ исследования Вызванных Потенциалов головного мозга (ВП)
Кроме обычной электрической активности ЭЭГ, современное оборудование позволяет заметить минимальные изменения в работе мозга, которые связаны с его реакцией на внешние раздражители. Такое исследование называется исследованием Вызванных Потенциалов головного мозга (ВП), то есть особенностей ответа мозга на предъявляемые специальные видимые или слышимые стимулы. По характеру этого ответа также можно сделать вывод о степени выраженности нарушений функций головного мозга, в частности функции активного внимания.
ЭЭГ картирование головного мозга (maping - мэпинг)
Картирование головного мозга это дополнительная обработка имеющейся записи ЭЭГ, осуществляемая специальными компьютерными программами. Отображается карта распределения различной по степени (от минимума до максимума) выраженности того или иного вида биоэлектрической активности в коре головного мозга.
Подобная обработка ЭЭГ позволяет увидеть, как на карте, области мозга, имеющие функциональный дефицит, что также помогает в диагностировании и в выборе правильной терапевтической стратегии.
TOVA-тест – тест вариабельности внимания
Испытуемому предлагается наблюдать, как на экране, на сером фоне, появляются, сменяя друг друга, зеленые квадратики либо в верхней, либо в нижней части экрана. Задача испытуемого нажимать на кнопку мыши как можно быстрее, когда зеленый квадратик находится в верхней части экрана. С помощью этого теста определяется скорость реакции, количество ошибок по невнимательности (пропуски), ошибки по причине импульсивности (ошибочные нажатия). Полученные данные сравниваются с нормой, и определяется степень отклонения, то есть насколько выражены эти изменения.
Stroop-тест – тест оценки уровня интерференции
Тест представляет из себя набор из 3 таблиц, в каждой 100 ячеек, на первой из которых, избегая последовательных повторений в строках и столбцах, изображены напечатанные черным шрифтом названия четырех цветов: красный, желтый, зеленый и синий. На второй, эти цвета по тому же принципу, но в иной последовательности отображены в виде цветных прямоугольников. В третьей таблице названия цветов напечатаны краской другого цвета: например слово зеленый напечатано красной краской. Задача испытуемого при работе с первой таблицей быстро прочитать названия цветов, при работе со второй таблицей – быстро назвать цвета прямоугольников, а в третьей таблице необходимо быстро назвать цвет, которым напечатано слово, но при этом постараться не ошибиться и не прочитать само слово. Путем расчета по формулам, учитывающим время прочтения каждой таблицы, определяется, так называемая вербальность – преобладание функций левого, либо правого полушария и интерференция – коэффициент показывающий скорость передачи информации между полушариями.
Томография — метод неразрушающего послойного исследования внутренней структуры объекта посредством его многократного просвечивания в различных пересекающихся направлениях.
Ранее под томографией понимался метод рентгенологического исследования, с помощью которого можно производить снимок слоя, лежащего на определённой глубине исследуемого объекта. Он был предложен через несколько лет после открытия рентгеновских лучей и был основан на перемещении двух из трёх компонентов (рентгеновская трубка, рентгеновская плёнка, объект исследования). Наибольшее распространение получил метод съёмки, при котором исследуемый объект оставался неподвижным, а рентгеновская трубка и кассета с плёнкой согласованно перемещались в противоположных направлениях. Такой метод является устаревшим и получил название классическая томография или линейная томография.
Рентгеновская компьютерная томография — томографический метод исследования внутренних органов человека с использованием рентгеновского излучения.
Компьютерная томография — в широком смысле, синоним термина томография (так как все современные томографические методы реализуются с помощью компьютерной техники); в узком смысле -синоним термина рентгеновская компьютерная томография, так как именно этот метод положил начало современной томографии. Он был предложен в 1972 г Годфри Хаунсфилдом и Алланом Кормаком, удостоенными за эту разработку Нобелевской премии. Метод основан на измерении и сложной компьютерной обработке разности ослабления рентгеновского излучения различными по плотности тканями (зависимость линейного коэффициента поглощения m в рентгеновском диапазоне от состава и плотности вещества).
Принцип работы
При фиксированном положении источника излучения S на фотоплёнке образуется теневое изображение, являющееся суммой проекций всех слоев объекта О, через которые проходит пучок. Если в процессе съёмки синхронно перемещать источник и фотоплёнку (или источник и объект, объект и фотоплёнку) так, чтобы пучок проходил в процессе экспозиции только через один и тот же участок объекта в слое F, то изображение И этого участка получится наиболее чётким, изображения других участков окажутся "размазанными". Этот метод не позволяет полностью избавиться от наложения проекций других участков на исследуемый; кроме того, длительность экспонирования, повышающая контраст, для живых организмов ограничена допустимыми дозами облучения.
В основе современных методов рентгеновской томографии лежит другой подход: они базируются на применении мощных вычислительных методов обработки данных, получаемых томографическим сканированием, один из вариантов которого приведён на рисунке.
Узкий пучок рентгеновского излучения от источника S, сформированный коллиматором К, просвечивает объект О, после чего регистрируется детектором Д. При синхронном перемещении источника и детектора вдоль некоторого направления х осуществляется последоват.ельное сканирование всех участков объекта
Измерения повторяются для нескольких направлений сканирования относительно объекта. Для ускорения съёмки применяют несколько источников (S1, S2, S3) или перемещающийся источник с расходящимся "веерным" пучком, распределение интенсивности в котором измеряется двумерным координатно-чувствительным детектором . Для восстановления распределения m, а следовательно, плотности и состава вещества по объёму объекта используют специальные алгоритмы обработки данных на компьютере. Синтезируя далее картину распределения плотности тканей объекта в различных сечениях, можно установить границы здоровых и поражённых участков, например, при исследованиях опухолей мозга, патологических изменениях сердца, сосудов, поражениях костной ткани и в других случаях, когда прямая диагностика затруднена или вообще невозможна.
Поколения компьютерных томографов
Прогресс КТ томографов напрямую связан с увеличением количества детекторов, то есть с увеличением числа одновременно собираемых проекций.
Аппарат 1-го поколения появился в 1973 г. КТ аппараты первого поколения были пошаговыми. Была одна трубка направленная на один детектор. Сканирование производилось шаг за шагом делая по одному обороту на слой. Один слой изображения обрабатывлся около 4 минут.
Во 2-ом поколении КТ аппаратов использовался веерный тип конструкции. На кольце вращения напротив рентгеновской трубки устанавливалось несколько детекторов. Время обработки изображения составило 20 секунд.
3-ее поколение компьютерных томографов ввело понятие спиральной компьютерной томографии. Движение трубки и детекторов, за один шаг стола синхронно осуществляла полное вращение по часовой стрелке, что значительно уменьшило время исследования. Увеличилось и количество детекторов. Время обработки и реконструкций заметно уменьшилось.
4-ое поколение имеет 1088 люминисцентных датчика расположенных по всему кольцу гантри. Вращается лишь рентгеновская трубка. Благодаря этому методу время вращения сократилось до 0,7 секунд. Но существенного отличия в качестве изображений с КТ аппаратами 3-го поколения не имеет.
Изменение окна изображения
Спиральная компьютерная томография
Спиральная КТ используется в клинической практике с 1988 года. Спиральное сканирование заключается в одновременном выполнении двух действий: непрерывного вращения источника — рентгеновской трубки, генерирующей излучение, вокруг тела пациента, и непрерывного поступательного движения стола с пациентом вдоль продольной оси сканирования z через апертуру гантри. В этом случае траектория движения рентгеновской трубки, относительно оси z — направления движения стола с телом пациента, примет форму спирали.
В отличие от последовательной КТ скорость движения стола с телом пациента может принимать произвольные значения, определяемые целями исследования. Чем выше скорость движения стола, тем больше протяженность области сканирования. Важно то, что скорость движения стола может быть в 1,5-2 раза больше толщины томографического слоя без ухудшения пространственного разрешения изображения.
Технология спирального сканирования позволила значительно сократить время, затрачиваемое на КТ-исследование и существенно уменьшить лучевую нагрузку на пациента.
Многослойная компьютерная томография
Показания к компьютерной томографии
Как скрининговый тест. Скрининг в медицине используется для исключения потенциально серьезного диагноза в группах риска:
Травма головы, не сопровождающаяся потерей сознания
Исключение рака легких.
Для диагностики по экстренным показаниям — экстренная компьютерная томография
Подозрение на кровоизлияние в мозг
Подозрение на повреждение сосуда (например, расслаивающая аневризма аорты)
Подозрение на некоторые другие острые повреждения полых и паренхиматозных органов (осложнения как основного заболевания, так и в результате проводимого лечения)
Компьютерная томография для плановой диагностики
Большинство КТ исследований делается в плановом порядке, по направлению врача, для окончательного подтверждения диагноза. Как правило, перед проведением компьютерной томографии, делаются более простые исследования — рентген, УЗИ, анализы и т. д.
Для контроля результатов лечения.
Для проведения лечебных и диагностических манипуляций, например пункция под контролем компьютерной томографии и др.
Клиническая электроэнцефалография - раздел электрофизиологии центральной нервной системы, предметом которой является исследование электрических явлений в мозге человека преимущественно в диапазоне частот от 0.5 до 35 Гц, в то же время это метод исследования деятельности головного мозга человека, в основе которого лежит регистрация электрических потенциалов, спонтанно возникающих в мозге: в отличие от т.н. вызванной активности , возникающей в ответ на различные афферентные раздражения- вызванные потенциалы (ВП) на свет- зрительные (ЗВП), на звук- акустические (АВП) и соматосенсорные (ССВП).
Спонтанную биоэлектрическую активность мозга можно регистрировать со скальпа, увеличивая ее приблизительно в 1 миллион раз. Для этого используют хлор-серебряные электроды-мостики, крепящиеся на голове специальными шлемами, либо чашечные электроды, фиксируемые к предварительно обработанной, обезжиренной коже головы специальной электролитной пастой или коллодием. В операционной применяют подкожные игольчатые электроды из нержавеющей стали или платиновые. Электрические потенциалы, записанные с одного скальпового электрода, представляют собой, главным образом, потенциалы дендритов большого числа кортикальных нейронов ( около 10 ). Запись ЭЭГ между двумя точками скальпа отражает активность между двумя этими регионами. Чтобы получить пространственное представление об электрической активности мозга, на скальп накладывают несколько пар электродов. ЭЭГ отражает не только активность коры, но и , косвенно, состояние срединных структур ( ствол мозга, таламус и др. ), оказывающих регулирующее влияние на электрическую активность коры. Электрическую активность можно отводить также и, при использовании специальных электродов, с базальных и труднодоступных латеральных отделов мозга (назальный, сфеноидальный электроды), а также непосредственно с коры больших полушарий во время нейрохирургических операций - электрокортикограмма (ЭКоГ), и при отведении с глубоких отделов мозга с помощью интрацеребральных электродов - электросубкортикограмма (ЭСКоГ). Усиление и регистрация биопотенциалов мозга во всех этих случаях осуществляется практически одинаково; различия касаются лишь методов отведения, зависящих от задач, стоящих перед исследователем.
Спонтанную биоэлектрическую активность можно регистрировать на протяжении длительного времени, обеспечивая таким образом мониторинг функционального состояния мозга больного, даже находящегося в бессознательном состоянии, при глубоком наркозе. Такие достоинства ЭЭГ как высокая степень ее корреляции с уровнем бодрствования и с состоянием метаболизма и гемо- и ликвороциркуляции, а также способность улавливать нарушения этих факторов с минимальным латентным периодом, до развития необратимых изменений в мозгу, возможность обнаружения скрытых форм патологии мозга, неинвазивность метода и возможность использования его у обездвиженных больных и больных в коматозном состоянии, хорошо и давно известны и признаны бесспорными.
Проведенные экспериментальные исследования явились теоретической предпосылкой для использования ЭЭГ в клинической практике для оценки функционального состояния мозга у больных с нарушениями мозгового кровообращения, при остановке сердца, в коматозном состоянии, в кардиохирургии, хирургии сосудов, нейрохирургии. Для этих целей применяют мониторинг ЭЭГ, используя при ее оценке как рутинный визуальный анализ, так и различные методы компьютерного анализа.
Картирование деятельности мозга
Очень крупный этап обработки ЭЭГ сигналов связан с топографическим картированием электрической активности мозга, позволяющим представить исходные данные в более наглядном виде, а в некоторых случаях, позволяющим увидеть то, что принципиально не наблюдаемо в исходных записях.
В большинстве существующих сегодня программ компьютерного анализа ЭЭГ данных, имеется возможность построения карт распределения мощности регистрируемых на поверхности скальпа ЭЭГ сигналов определенного частотного диапазона, потенциальных карт, отражающих пространственное распределение мгновенных значений потенциалов, и частотных карт, позволяющих увидеть пространственное распределение значений частот наиболее мощных спектральных составляющих сигналов ЭЭГ отведений.
Измерение локального мозгового кровотока
Более широкое распространение получил неинвазивный способ измерения локального кровотока, когда изотоп вводят через дыхательные пути. Человек в течение 1 мин вдыхает очень малое количество инертного газа ксенона-133, а затем дышит нормальным воздухом. Через дыхательную систему изотоп попадает в кровяное русло и достигает мозга. Метка уходит из мозговой ткани через венозную кровь, возвращается к легким и выдыхается. Скорость вымывания изотопа в различных точках поверхности полушарий преобразуется в значения локального кровотока и представляется в виде карты метаболической активности мозга. В отличие от инвазивного метода в этом случае метка распространяется на оба полушария.
При измерении водородного клиренса в мозг вживляют ряд металлических электродов для регистрации сдвига электрохимического потенциала, который создается подкислением тканей ионами водорода. По его уровню судят об активности локального участка мозга. Этот метод на человеке применяют в медицинских целях: для уточнения клинического диагноза при опухолях, инсультах, травмах.
Пространственное разрешение методов, применяемых для измерения локального мозгового кровотока, достаточно хорошее: для изотопных датчиков — 2 см, для измерения водородного клиренса — 250 мкм. Существенным недостатком этих методов является их низкое временное разрешение. Каждое измерение длится около 2 мин. Поэтому техника измерения локального мозгового кровотока хороша для оценки тонических изменений или характеристики фоновой мозговой активности и малопригодна для изучения ее динамики.
При компьютерной томографии исследуются в основном три зоны – голова и шея, грудная и брюшная полости. Нередко прицельно изучается только один орган или структура. Никакой особой подготовки перед процедурой не проводится. При плохой переносимости закрытых пространств пациенту за несколько часов дают успокоительные средства.
Компьютерный томограф представляет собой стол, входящий в куб с большим круглым окном. Внутри окна находится луч и матрица. Происходит исследование следующим образом. Пациент лежит на столе, который очень медленно перемещается внутри вращающегося кольца. На этом кольце с одного края находится рентгеновская трубка, а с другого цепочка очень чувствительных детекторов. Постепенно сканер продвигается вдоль тела человека. После полного оборота излучателя рентгеновских волн и детекторов вокруг остановившегося стола на экране соединенного с ними компьютера возникает срез исследуемого органа. Так срез за срезом собирается информация об этом органе и о его внутреннем содержимом. Как правило, исследование укладывается в 1 час, а для определенных областей, например только головы или только шеи, достаточно нескольких минут. Чуть дольше длится сканирование грудной клетки или органов брюшной полости.
При необходимости используется спиральная компьютерная томография. В этом случае стол и трубка с детектором движутся непрерывно, и в результате рентгеновский излучатель описывает спираль вокруг пациента. Это дает более полную информацию об интересующем органе. Современные компьютерные программы дают возможность получать трехмерные изображения.
Благодаря высокой информативности и безопасности по сравнению с другими рентгеновскими методами КТ получила огромное распространение. Наибольшее значение она имеет для травматологии и нейрохирургии, когда необходимо определить наличие повреждения и его характер, а в онкологии используется для определения степени распространения опухолевого процесса, а также планирования лучевого лечения (для того чтобы воздействовать на опухоль ионизирующим излучением, необходимы ее точные координаты). С помощью КТ можно обнаружить многие патологические состояния: травмы и их последствия, опухоли, поражение лимфатических узлов, расширение сосудов (аневризмы), воспалительные, в том числе гнойные процессы (пневмонию, абсцессы), пороки развития, процессы дистрофического характера и др.
Необходимо отметить, что лучевая нагрузка при компьютерной томографии значительно ниже, чем при обычном рентгеновском исследовании. Это позволяет говорить о большей безопасности метода по сравнению с другими исследованиями, использующими Х-лучи.
Магнитно-резонансная томография (ядерно-магнитная резонансная томография, МРТ, ЯМРТ, NMR, MRI) – нерентгенологический метод исследования внутренних органов и тканей человека. Здесь не используются Х-лучи, что делает данный метод безопасным для большинства людей.
Технология МРТ достаточно сложна: используется эффект резонансного поглощения атомами электро-магнитных волн. Человека помещают в магнитное поле, которое создает аппарат. Молекулы в организме при этом разворачиваются согласно направлению магнитного поля. После этого радиоволной проводят сканирование. Изменение состояния молекул фиксируется на специальной матрице и передается в компьютер, где проводится обработка полученных данных. В отличие от компьютерной томографии МРТ позволяет получить изображение патологического процесса в разных плоскостях. Магнитно-резонансный томограф по своему внешнему виду похож на компьютерный. Исследование проходит так же, как и компьютерная томография. Стол постепенно продвигается вдоль сканера. МРТ требует больше времени, чем КТ, и обычно занимает не менее 1 часа.
Метод был назван магнитно-резонансной томографией, а не ядерно-магнитной резонансной томографией (ЯМРТ) из-за негативных ассоциаций со словом "ядерный" в конце 1970-х годов. МРТ основана на принципах ядерно-магнитного резонанса (ЯМР), методе спектроскопии, используемом учеными для получения данных о химических и физических свойствах молекул. МРТ получила начало как метод томографического отображения, дающий изображения ЯМР-сигнала из тонких срезов, проходящих через человеческое тело. МРТ развивалась от метода томографического отображения к методу объемного отображения.
Метод особенно эффективен для изучения динамических процессов (например, состояния кровотока и результатов его нарушения) в органах и тканях.
МРТ лучше визуализирует некоторые структуры головного и спинного мозга, а также другие нервные структуры. В связи с этим она чаще используется для диагностики повреждений, опухолевых образований нервной системы, а также в онкологии, когда необходимо определить наличие и распространенность опухолевого процесса. Список заболеваний, которые можно обнаружить с помощью МРТ, внушителен: воспалительные, дистрофические и опухолевые поражения сосудов и сердца, органов грудной и брюшной полости, поражение лимфатических узлов, паразитарные процессы и другие патологии.
В настоящее время о вреде магнитного поля ничего не известно. Однако большинство ученых считают, что в условиях, когда нет данных о его полной безопасности, подобным исследованиям не следует подвергать беременных женщин. По этим причинам, а также в связи с высокой стоимостью и малой доступностью оборудования компьютерная и ЯМР томографии назначаются по строгим показаниях в случаях спорного диагноза или безрезультатности других методов исследований. МРТ не может также проводиться у тех людей, в организме которых находятся различные металлические конструкции – искусственные суставы, водители ритма сердца, дефибрилляторы, ортопедические конструкции, удерживающие кости и т.п.
Как и другие методы исследования, компьютерную и магнитно-резонансную томографию назначает только врач. Далеко не во всех медицинских учреждениях проводятся эти исследования, поэтому при необходимости постарайтесь обратиться в диагностический центр.
Область прорыва наших знаний в нейронауках связана с методами нейроинтраскопии, основанными на принципе распознавания образов. Среди этих методов наиболее широко используются: компьютерная томография (КТ); метод магнитного резонанса (МР); однофотонная эмиссионная томография (ОЭТ); позитронная эмиссионная томография (ПЭТ). Весь этот комплекс методов позволяет проводить неинвазивное изучение структуры и функций мозга.
Сегодня компьютерная томография считается сравнительно простым, доступным и повсеместно используемым диагностическим методом.
Принцип получения изображений
Компьютерная томография базируется на рентгеновском излучении и его детектировании. Это особый вид электромагнитного излучения, которое способно проходить через непрозрачные для обычного света среды. Нужно помнить, что это излучение:
- ослабляется в среде (тканях) тем больше, чем плотнее среда, сквозь которую они прошли;
- имеет непрямой ионизирующий эффект, то есть отрыв электронов от атомов вещества, через которое проходит рентген-излучение, что и обуславливает лучевую нагрузку на пациента при исследовании;
Рисунок 1 | Направление рентгеновского луча в компьютерном томографе.
В современном компьютерном томографе рентгеновская трубка совершает спиральное вращение вокруг тела пациента в аксиальной плоскости, постоянно генерируя излучение. Если точнее, трубка вращается по кругу, и одновременно с этим непрерывно смещается вперед или назад стол с пациентом.
При этом пучок излучения сформирован в виде тонкого веера — широкий по оси у, узкий по оси z. Проходя сквозь тело пациента, рентгеновское излучение ослабляется соответственно плотности ткани, через которую оно прошло, затем попадает на детекторы и регистрируется.
А дальше начинается именно то, за что Аллан Кормак и Годфри Хаунсфилд получили Нобелевскую премию в 1979 году: на основе имеющихся данных о том:
- какое количество излучения покинуло рентгеновскую трубку;
- какое количество излучения зарегистрировалось детекторами;
- и где находилась трубка и детекторы в каждый момент времени происходит реконструкция и построение изображений с помощью итеративных алгоритмов.
Шкала Хаунсфилда
Во время реконструкции изображения каждому пикселю приписывается числовое значение, выраженное в единицах ослабления, или единицах Хаунсфилда, которое определяется тем, насколько ослабляется луч, проходя через данный воксель (единицу объема) — проще говоря, эта шкала показывает примерную плотность вещества.
Рисунок 3 | Шкала Хаунсфилд.
Для визуальной оценки КТ-изображений важны настройки окна. Дело в том, что человеческий глаз не способен различить несколько тысяч оттенков серого, и, чтобы различить близкие по значению плотности, но все же разные структуры, изображение рассматривают в определенном окне. Например, ширина костного окна — 2000 HU, уровень — 500 HU. Это значит, что структуры плотностью 500 HU отобразятся на экране в виде средне-серого цвета, значениям 500 HU до –500 HU будут присвоены оттенки от средне- до очень темно-серого, а структуры плотностью ниже –500 будут отображены слишком темными, чтобы четко их дифференцировать. Структуры плотность выше 1500 HU будут, соответственно, слишком светлыми.
Обработка данных
Еще один важный параметр реконструкции изображения — толщина среза. Его минимальное значение определено параметрами сканирования (проще говоря, толщиной луча). Тонкие срезы используются там, где нужно визуализировать множество мелких контрастных структур — например, при томографии височной кости. Однако чем тоньше срезы, тем больше время сканирования и лучевая нагрузка на пациента.
Для дальнейшей удобной работы с полученными после первичной обработки исходными данными в КТ применяют инструменты постпроцессинга. Наиболее частые — это мультипланарная реконструкция (MPR), позволяющая из аксиальных сканов построить коронарные и саггитальные изображения.
Проекция максимальной интенсивности (MIP) строится таким образом: для каждой координаты XY представлен только пиксель с наивысшим номером Хаунсфилда вдоль оси z, так что в одном двумерном изображении наблюдаются все самые плотные структуры в данном объеме. MIP используют для визуализации костных структур или контрастированных сосудов.
Рисунок 8 | Аксиальный КТ-скан (слева), корональная (вверху) и саггитальная (внизу) мультипланарные реконструкции.
Рисунок 9 | Использование MIP для просмотра ангиографии сосудов легких.
Рисунок 10 | 3D-реконструкция КТ органов брюшной полости и малого таза.
Использование контрастных веществ
Для большинства исследований в КТ используют контрастные вещества (КВ) — вещества, содержащие йод и повышающие значения плотности среды, в которой находятся. В настоящее время выделяют ионные и неионные, мономерные и димерные йодсодержащие рентгеноконтрастные средства. Ионные КВ имеют повышенную осмолярность и в настоящее время не рекомендованы для парентерального контрастирования из-за высокой частоты побочных эффектов. Ионные КС могут быть использованы для перорального контрастирования, сиалографии (контрастирования слюнных желез) и т.д.
Рисунок 11 | КТ-сканы органов брюшной полости с пероральным контрастированием кишечника (стрелкой показан дивертикул стенки кишечника).
Существуют различные методики КТ-исследования с помощью контрастного препарата.
Рисунок 12 | Трехфазная контрастная КТ пациента с гигантской гемангиомой печени: нативная (бесконтрастная) фаза вверху слева; вверху справа — артериальная фаза; внизу слева — портовенозная фаза; внизу справа — отсроченная (5 мин).
Рисунок 13 | Трехфазная контрастная КТ пациента с простой кистой почки: нативная фаза — вверху слева; вверху справа — кортикальная почечная фаза; внизу слева — паренхиматозная фаза; внизу справа — экскреторная.
Учитывая накопление КВ в определенных фазах, характер этого накопления, а также размеры, расположение и структуру образования, рентгенолог делает предположение о характере образования. Внутривенное контрастирование используется также для проведения КТ-ангиографии.
Рисунок 14 | КТ-аортография у пациента с диссекцией аорты.
Рисунок 15 | КТ-ангиография артерий головного мозга у пациента с болезнью МояМоя (3D-реконструкция).
Перфузионная КТ используется чаще всего для диагностики нарушений мозгового кровообращения и нарушений перфузии миокарда, а также для оценки раннего ответа на химиотерапию. Эта методика позволяет отграничить зону некроза от пенумбры — зоны обратимой ишемии. Перфузионная КТ может быть выполнена на любом мультиспиральном компьютерном томографе, однако, чем больше он имеет детекторов, тем большую зону можно охватить при сканировании. Начальным этапом выполнения перфузионной КТ является нативное сканирование для исключения геморрагии, а также для выявления иной патологии головного мозга. Перфузионная КТ выполняется после внутривенного болюсного введения 40–50 мл контрастного препарата и 2030 мл физиологического раствора со скоростью 5 мл/с. После внутривенного болюсного введения контрастного препарата выполняются многократные сканирования на одном или нескольких уровнях, следующие друг за другом с минимальными промежутками времени или при непрерывной работе рентгеновской трубки. Общая длительность перфузионного исследования составляет около 1 минуты. Для получения графика контрастного усиления (зависимость плотности в единицах Хаунсфилда от времени) для каждого воксела в зоне интереса необходимо зарегистрировать множественные фазы и находить зоны, где скорость кровотока и времени транзита контрастного препарата не соответствуют объему кровотока, что и будет показателем обратимой ишемии.
Правила чтения томограмм
Можно выделить несколько основных факторов, затрудняющих чтение томограммы:
О последних поговорим подробнее.
Один срез на экране представляет собой плоскостное изображение, построенное из пикселей. Однако нужно помнить, что одному пикселю на экране соответствует трехмерный воксель в реальной жизни и толщина этого вокселя соответствует толщине среза.
Допустим, в срез попала структура, которая на всей толщине среза имеет приблизительно одинаковую ширину, например, сосуд. В данном случае проблем не возникает, и структура будет иметь на сканах четкие контуры.
Но что, если срез пришелся на край позвонка? В воксель попала часть позвонка и часть межпозвоночного диска. Они имеют разную плотность и немного разные размеры. Полученные от вокселей данные суммировались, и в результате на скане появляется структура с нечеткими контурами, плотность которой представляется средней между плотностью позвонка и диска.
Еще один пример: округлой формы образование или лимфоузел. При сканировании в срез попадает часть лимфоузла, остальное — окружающая жировая клетчатка. На скане мы увидим нечеткую округлую структуру, а если захотим измерить ее плотность, значения будут средними между реальной плотностью узла и плотностью жира.
Рисунок 16 | Эффеты частного объема.
Исходя из сказанного, можно дать несколько советов врачу или студенту, который осмелился открыть диск с КТ-исследованием пациента (или сесть за рабочую станцию радиолога) и проанализировать его самостоятельно:
А потому — главное правило: оценивайте изменения комплексно. Отмечайте не только изменение плотности, но и форму, объем, структуру органа; положение, форму, распространенность, контуры и структуру найденного образования и паттерн контрастного накопления. Сопоставляйте обнаруженные изменения с данными анамнеза и лабораторных исследований пациента. И помните, что любой метод имеет ограничения.
Читайте также: